长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
设计并制作了一种新型含有组合光栅结构的分布式布拉格反射（CDBR）半导体激光器。通过引入组合光栅结构，对分布式布拉格反射（DBR）激光器的高阶侧向模式进行调控，提升了高阶侧向模式的损耗，最终优化了远场光斑图案。实验制得的器件腔长为2 mm，脊波导宽度为40 μm，高阶光栅周期为7 μm，占空比为0.6。当注入电流为1.0 A时，组合光栅起到明显作用，远场光斑图案从DBR-激光二极管（LD）的多瓣优化到CDBR-LD的单瓣。CDBR-LD在电流为1.25 A时的饱和输出功率约为433 mW，斜率效率为0.337 W·A-1，注入电流为0.95 A时的光谱半峰全宽（FWHM）约为0.61 nm。
激光器 半导体激光器 组合光栅 侧向模式 远场光斑 脊波导 中国激光
2023, 50(23): 2301011
长春理工大学 高功率半导体激光国家级重点实验室,长春 130022
通过设计基于金刚石微槽结构的复合热沉,利用不同材料的热导率差异改变热流传导方向,以优化垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）面阵由于温度分布不均匀导致的中心热量堆积的问题,从而改善激光器面阵整体的输出功率,提高可靠性。基于有限元分析法建立三维热电耦合模型,研究了VCSEL面阵单元排布方式对激光器热串扰效应的影响,同时还研究分析了金刚石复合热沉中微槽形状和位置的变化对半导体激光器内部温度的影响,设计最优结构对激光器的出光性能做进一步优化。采用金刚石复合热沉后的垂直腔面发射激光器面阵,与传统金刚石热沉的封装结构相比,激光器发光单元的温度差值降低了29%,为大面积半导体激光器面阵的输出功率优化提供了新思路。
半导体激光器 金刚石复合热沉 微槽结构 有限元分析法 热管理 semiconductor lasers diamond composite heat sink micro groove structure finite element analysis method thermal management
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了实现高功率半导体激光器连续泵浦源输出，设计一种使用微通道热沉封装多个单管半导体激光器的堆叠结构。基于有限元分析，此结构可以通过辅助热沉和微通道内部圆柱翅片扩展单管半导体激光器的传热渠道，与传统凹槽微通道相比，热传导效果有所增强，优化提出斜翅片结构，控制水流速，调节流体流动从而产生混流效应，进一步改善微通道散热性能，对其封装下的多单管进行功率拟合，理论最大输出功率可达128.75 W，在微通道热沉所需制冷功耗较低的前提下，可以实现多单管半导体激光器连续工作模式下泵浦且满足其散热需求。
半导体激光器 微通道 斜翅片 有限元分析 散热性能 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114005
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了提高半导体激光器作为光纤激光器、固体激光器泵浦源的亮度，基于光束准直、空间光束合成、偏振光合成、光纤耦合等技术，提出了一种紧凑的光束整形系统来均衡半导体激光器快慢轴的光束质量，采用类似阶梯型棱镜和两个30°的直角棱镜填充快轴方向暗区，并用偏振合束器对慢轴光束宽度进行压缩的光束整形方案，设计出了一种紧凑的高亮度光纤耦合系统。该系统由8个mini-bar组成的半导体激光器叠阵耦合进芯径为100 μm、数值孔径为0.22的光纤中，其输出功率为272.4 W，光光转换效率为85.1%，亮度高达22.832 MW/（cm2·sr）。
光学设计与制造 泵浦亮度 光束准直 光纤耦合 阶梯型棱镜 偏振合束器 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1522002
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心，北京 100083
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
为了提高808 nm激光器对固体激光器的泵浦效率，对其波长稳定性进行了研究。阐述了光栅设计的理论基础。将纳米压印、干法刻蚀及湿法腐蚀工艺相结合，制备了含有一阶光栅的808 nm分布反馈（DFB）激光器阵列。在准连续条件（脉宽为200 μs，频率为20 Hz）下对所制备的激光器进行性能测试。测试结果表明：所制备的808 nm DFB激光器阵列的发射波长随温度的漂移系数为0.06 nm/℃，温度锁定范围可达70 ℃（-10~60 ℃），随电流的漂移系数为0.006 nm/A。
激光器 锁定 808 nm 激光器阵列 一阶光栅
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
设计了一种尺寸可调谐的局域空心光束，通过轴棱锥与透镜距离的调节改变局域空心光束的尺寸，通过矩形光阑的调节使局域空心光束产生缺口。用MATLAB模拟了局域空心光束在调控中的尺寸变化和开闭口变化，以及轴棱锥之后的贝塞尔光束的变化，通过模拟和实验分别展示了局域空心光束由形成到闭合的过程。用MATLAB模拟了金粒子在局域空心光束中受到的梯度力、散射力以及二者的合力，然后根据横向梯度力与纵向梯度力判断粒子通过缺口进入光场后的首次捕获情况，并根据分析计算出了能够囚禁住的金粒子的尺寸。
光学设计 局域空心光束 尺寸调谐 光场缺陷 粒子囚禁 梯度力 散射力 中国激光
2022, 49(13): 1305002
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
采用电子束光刻技术制备出了深刻蚀的GaAs基微纳光栅。针对电子束曝光过程中存在的由邻近效应引起的光栅结构图形失真和变形的问题，本课题组采用厚度较薄的PMMA A4抗蚀剂和SiO2薄膜形成多层抗蚀剂来减小邻近效应，同时将SiO2薄膜作为硬掩模，实现了高深宽比的光栅结构。此外，针对电感耦合等离子体刻蚀过程中光栅结构出现长草的现象，通过增强电感耦合等离子体的物理刻蚀机制，有效消除了结构底部的草状结构。扫描电镜测试结果显示：将100 nm厚SiO2作为硬掩模，可以实现周期为1.00 μm、占空比为0.45、刻蚀深度为1.02 μm的光栅结构，该光栅结构具有陡直的侧壁形貌以及良好的周期性和均匀性。在该工艺条件下，电感耦合等离子体刻蚀工艺对SiO2掩模的刻蚀选择比可达26.9∶1。最后，将该结构应用于分布式布拉格反射锥形半导体激光器中，获得了线宽为40 pm的激光输出。这表明，采用电子束光刻技术制备的光栅结构对半导体激光器具有很好的选模特性。
光栅 电子束光刻 邻近效应 干法刻蚀 长草现象
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of High-power Semiconductor Lasers, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
A novel harmonic mode-locked fiber laser based on nonlinear multimode interference (NL-MMI) in a microfiber-assisted ultrafast optical switch is proposed in this Letter. The microfiber-assisted ultrafast optical switch can be obtained by tapering the splicing point of the graded-index multimode fiber (GIMF) and single-mode fiber, which not only helps to shorten the self-imaging period in GIMF to relax the strict requirement of NL-MMI on the length of multimode fiber, but also improves the harmonic order. In the experiment, with the waist diameter of , the repetition rates of the fiber laser can be stably locked at 285 MHz, corresponding to the 16th-order harmonic mode-locking, with the pulse duration of 1.52 ps. Our results provide novel insight into the design of a high-repetition-rate laser and the application of microfibers in the mode-locking device.
multimode interference optical fiber devices laser mode-locking Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 010601
